Система полунатурного моделирования динамических систем

(51) 4 Р 15 20 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я Е.М. (53 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) СИСТЕМА ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при полунатурном моделировании сложных динамических систем, технологических процессов и т.п, совмест"но с системами управления. Цельюизобретения является повышение точности моделирования. В соответствии сизобретением динамический стенд выполнен в виде шестистепенного манипулятора для имитации полного пространственного перемещения объекта,а для формирования тестирующего сигнала в виде белого гауссова шума введены цифроаналоговый преобразователь и рекуррентный цифровой фильтр.Введенный рекуррентный цифровойфильтр, помимо фильтрующих функций,управляет работой генератора случайньгс чисел манипулятора и реальнойаппаратуры. 4 ил.Изобретение относится к областивычислительной техники и может бытьиспользовано при полунатурном моделировании сложных динамических систем,технологических процессов и т.п, совместно с системами управления,Цель изобретения - повышение точности моделирования,На фиг. 1 представлена блок-схемасистемы; на фиг. 2, 3 - схема рекуррентного цифрового фильтра; на фиг,4 -временная диаграмма работы,Система (фиг,1) содержит исследуемую аппаратуру. 1, аналого-цифровой 15преобразователь (АЦП) 2, блок Э вычисления взаимной корреляционной функЪции, генератор 4 случайных чисел, рекуррентный цифровой фильтр 5, динамический стенд 6, выполненный в виде 20манипулятора с шестью степенями свободы,цифроаналоговый преобразователь7, установочный вход 8, связи 9-11между элементами устройства, вход12 запуска, выход 13. В состав рекуррентного цифрового фильтра 5 входятсвязи 14-22 между элементами, генератор 23 тактовых импульсов, второйэлемент ИЛИ 24, третий элемент И 25,триггер 26, первый элемент И 27, вто-.Зрой элемент И 28, первый 29 и второй30 распределители импульсов, блок 31задания исходных данных, третий элемент ИЛИ 32, счетчик 33 импульсов,схема 34 сравнения, первый блок 35умножения, первый элемент ИЛИ Зб,сумматор 37, второй блок 38 умножения,первый 39 и второй 40 коммутаторы.В качестве блока вычисления взаимной корреляционной. функции может быть 4 Оиспользовано любое устройство, решающее данную задачу.В качестве манипулятора б можетбыть использован, например, роботфирмы Юнимейт, имеющий шесть осей 45движения и работающий в сферическойсистеме координат, включающий пятьГидравлических приводов, выходы которых кинематически связаны с входамиисполнительного механизма,В системе производится идентификация блоков исследуемой аппаратуры 1.В качестве тестирующего воздействия на аппаратуру 1, а также входного воздействия на стенд 6 выбираетсябелый гауссов процесс, который вырабатывается генератором 4.Для получения ограниченной полосытестирующего сигнала гауссов процесс пропускается через фильтр 5, который также осуществляет управляющиефункции модуля.Система работает следующим образом,Перед началом работы сигналом,поступающим с входа 8, устанавливается исходное состояние. Затем сигналом с входа 12 запускается генератор 23 тактовых импульсов, которыйвырабатывает и вьщает тактовые импульсы в течение времени, определяемом длительностью сигнала запуска.Тактовые импульсы генератора 23 поступают через элемент И 27 на запускраспределителя 29 и через элементИ 28 на запуск распределителя 30, которые формируют сигналы, управляющиеработой системы. Причем при формировании и выдаче фильтром 5 кода одного слова (числа Х) распределитель29 проходит один период своей работы,а распределитель 30 - р периодов.Поэтому при выдаче И слов длительность сигнала запуска должны бытьТ - ИС(7 + Зр),где- период повторения частотыгенератора 23 тактовых импульсов.Первоначально выходной сигнал триггера 26 является разрешающим для, запуска распределителя 29 и запрещающим для запуска распределителя 30. Распределитель 29 поочередно формирует первые три сигнала на своих выходах. Сигналом с четвертого выхода запускается триггер 26, который блокирует дальнейший запуск распределителя 29 и разрешает запуск распределителя .ЭО, который последовательно проходит р циклов. Число циклов фиксируется счетчиком 33 и при достижении значения р срабатывает схема сравнения, Сигналом с ее выхода обнуляется триггер 26, блокирующий запуск распределителя 30 и разрешающий дальнейший запуск распределителя 29. Сигналом СИ 1 запускается генератор 4, формирующий гауссов процесс Х, который обрабатывается рекуррентным циф. ровым фильтром 5 по закону:где 1 - номер дискрета;- параметр фильтра, 0с ( 1;377 з 1427Х,(1)- отфильтрованный гауссов про-цессХ(1) - цифровой гауссов процесс;Н - число дискретов тестирующеговоздействия.5Блок 38 производит умножение Я)на Х (1-1), а блок 35 - с на Х(1-1).Значения , (1 - о ) и р-разрядностислов Х и Хр задаются датчиком 31.Временная диаграмма работы приведена на фиг. 4, назначения сигналовприведены в табл. 1 и 2,Коммутатор 40 управляется сигналомСИ 4 и на время его действия пропуска-: 15ет выходной код блока 38 на вход сумматора 37,Аналогично коммутатор 39 управляется сигналом СИ 5.Отфильтрованный гауссов процесс 2 Опоступает на манипулятор динамического стенда и отрабатывается его следящими системами.С помощью манипулятора цитируетсяпространственное перемещение исследуемой аппаратуры 1, реакция которойна белый шум поступает в блок 3.Результатом идентификации являетсярассчитанный набор ядер Винера, которые.представляют собой взаимокорреля- ЗОционные функции соответствующих порядков.Эффективным средством сглаживанияхарактеристик наряду с построениемрегуляризаторов является низкочастотная фильтрация тестирующего сигнала.Параметры фильтра выбираются в соответствии с полосой пропускания исследуемого объекта, поскольку входнойгауссов процесс только тогда для системы является белым шумом, когда егочастотный диапазон полностью перекрывает полосу пропускания системы, а онсам в пределах этой полосы обладаетпостоянной спектральной, плотностью.С целью определения оптимальногочастотного диапазона тестирующего сиг"нала, необходимого для построениягладких ядер, используется рекуррентный Фильтр с приведенным выше уравне 50нием.Задача выбора частного диапазонатестирующего сигнала сводится к выбору таких параметров рекуррентногофильтра, при изменении которых дисперсия реакции модели практически неизменяется. Следовательно, полученйывтаким образом параметры фильтра обеспечивают идеальный белый шум на входе исследуемой реальной аппаратуры, а значит процедура идентификации становится корректной.Таким. образом, роботизация системы с введением рекуррентного цифрового фильтра, выполняющего также функции управления имитации движения, повышают точность результатов моделированияФормула и з о б р е т е н и я Система полунатурного моделирования динамических систем, содержащая. генератор случайных чисел, вход оста- нова работы которого является установочным входом системы, динамический стенд, управляющий выход которого кинематически связан с исследуемой аппаратурой, выходы которой через аналого-цифровой преобразователь подключены к первой группе информационных входов, блока вычисления взаимной корреляционной функции, выход которого является выходом системы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, она дополнительно содержит цифроаналоговый преобразователь и рекуррентный цифровой фильтр, состоящий иэ генератора тактовых импульсов, двух распределителей импульсов, счетчика импульсов, схемы сравнения, триггера, трех элементов И, трех элементов ИЛИ, сумматорадвух ксммутаторов, двух блоков умножения и блока задания исходных значений, причем в рекуррентном цифровом фильтре выход генератора тактовых импульсов соединен с прямым входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, выходы которых подключены к тактовым входам соответственно первого и второго распределителей импульсов, первый выход первого распределителя импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом разрешения суммирования сумматора, второй вход первого элемента ИЛИ, первые входы второго и третьего элементов ИЛИ и установочный вход первого распределителя импульсов объединены и подключены к установочному входу системы, выход второго элемента ИЛИ соединен с инверсным входом второго элемента И, нулевым входом триггера и установочным входом второго распре27377 выход первого распределителя импульсов соединен с входами записи информации первого и второго блоков умножения, четвертый выход первого распределителя импульсов подключен к прямому входу третьего элемента И, выходкоторого соединен с единичным входомтриггера, прямой выход которого подключен к инверсному входу первогоэлемента И и второму входу второгоэлемента И, четвертый выход первогораспределителя импульсов соединенс управляющим входом второго коммута тора и вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен кустановочному входу счетчика импульсов, шестой выход первого распределителя импульсов соединен с управляю О щим Входом первого коммутатора, выход"Равно" схемы сравнения подключен. квторому входу второго элемента ИЛИ,а выходы сумматора подключены соответственно к информационным входам 25 цифроаналогового преобразователя иблока вычисления взаимной корреляционной функции, выход цифроаналоговогопреобразоватеЛя подключен к информационному входу исследуемой аппарату- ЗОры, вход запуска генератора тактовыхимпульсов является входом запускасистемы, синхронизирующие входы дина,мического стенда подключены к седьмому выходу первого распределителя импульсов РекуррентнОГО цифровОГО Фильтра, выход сумматора которого соединен с управляющим входом динамического стенда.Таблица 1 Назначение сигнала Наименован нала РИ 29 тановка в "0" блоков 37 38 и СИ тоИ 1 ск генера С) и Х (1 апись в АЛУ 38 И 2 чен Запись в АЛУ 3 Запуск распред начении теля 30 ульсов 1 3 тор 3 пись содержимого блока 38 в И а 33 бнуление сче о блока 3 ись содержим СИ б Сигнал, стробир 5 14 делителя импульсов, первый выход кото рого соединен с входами записи мновимого первого и второго блоков умножения, входы сдвига множителя которых подключены к второму выходу второго распределителя импульсов, третий выход которого соединен со счет. ным входом счетчика импульсов, раз-. рядные выходы которого подключены соответственно к информационным входам первой группы схемы сравнения, информационные входы второй группы которой подключены соответственно к выходам первой группы блока задания исходных значений, выходы второй и третьей групп которого подключены соответственно к информационным входам первой группы соответственно первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первой и вто рой групп сумматоров, выходыкоторого подключены соответственно к инфор" мационным входам второй группы первого блока умножения, установочные входы первого и второго блоков умножения подключены к выходу первого элемента ИЛИ, а информационные входывторой, группы второго блока умножения соединены соответственно с выхо-, .дами генератора случайных чисел, второй выход первого распределителя им-. пульсов подключен к входу запуска генератора случайных чисел, третий выходной код Фильтра 58Таблица 2 1427377 Назначение сигнала Наименованиесигнала РИ 30 С 2+ 1 счетчика 33 С 3 Юиг. Запись множимого в блоки 35, 38Сдвиг на 1 разряд регистра множителя 17 1 а И 18 201427377 Мснюнстр ТГ 2 З Фие. Ф И.Дубининадюкова Коррект оставител ехред Л.С Ко актор О.Спесив П аказ 4853 снов д, ул. Проектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г РИЮСина сОонинся ЛРБ Тираж 704 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушкомитета СССРи открытийкая наб д, 4/